塗装技術の門

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JISハンドブック 30 塗料 (30;2020)

クロメート処理は、主として金属の耐食性および塗装性能を向上させる目的で、金属表面にクロムの水和酸化物を析出させる処理方法です。クロメート処理はその処理方法によって、
①皮膜化成反応によって皮膜を析出させる反応型クロメート処理
②浸漬やスプレーにて塗布したクロメート液をエアーナイフにて絞るか、あるいはロールコータで塗布し焼き付けを行う塗布型クロメート処理
③陰極電解により皮膜を析出させる電解型クロメート処理
の三方法に分類することが出来ます。当ブログでは、皮膜化成処理の範疇である反応型クロメート処理を取り上げます。
　反応型クロメート処理は、皮膜成分としてクロム酸クロムが形成されるクロム酸クロメート処理と、加工液中にリン酸を添加することにより、リン酸クロムを皮膜として析出させるリン酸クロメート処理とに大別されます。他方、反応型クロメート処理は一部マグネシウムにも適用されますが、一般的に亜鉛めっき材またはアルミニウム合金の表面処理方法として用いられる場合が多く、素材によってそれぞれ処理条件が若干異なることから、素材別に処理法を分類することも出来ますが、当ブログでは皮膜成分の違いを優先し、前者の分類にしたがって解説していきます。

JISハンドブック 30 塗料 (30;2020)

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シュウ酸塩処理

ステンレス鋼などの金属材料を、冷間塑性加工によって、特に強加工を施す場合には、潤滑下地処理としてシュウ酸塩処理を施し、生成した皮膜に油、石鹸、金属石鹸、黒鉛、二硫化モリブデンなどの潤滑剤を併用します。シュウ酸塩処理は、皮膜特性や作業性を単純に比較すると、一般的にはリン酸塩処理に劣ってしまいます。しかしながら、ステンレス鋼は3～6nmの暑さのクロムやニッケル酸化膜、いわゆる不動態膜で覆われている鋼であり、リン酸塩処理液に対しては、溶解せず、皮膜化成が起こらないのです。このため、各種ステンレス鋼の潤滑下地処理には、シュウ酸塩処理が行われているのです。
　ステンレス鋼表面の不動態膜は、シュウ酸溶液だけでは溶解し難いため、シュウ酸塩処理加工液の中には、主成分であるシュウ酸以外にも、促進剤(酸化剤)や活性化剤が使用されています。つまりシュウ酸塩処理の反応機構としては、活性化剤と促進剤の共同作用による不動態皮膜の破壊反応に始まり、素地から溶出した鉄成分と、ニッケル成分がシュウ酸塩として析出する反応になります。なお、ステンレス鋼にはクロムを含有しており、クロム成分も溶出しますが、シュウ酸クロムは可溶性であるため、皮膜成分にはなりません。

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リン酸スズ処理

スズめっき鋼板、いわゆる“ぶりき”は、飲料缶を含む食缶用金属材料として多く用いられています。ブリキ缶の腐食は、スズめっきのピンホール部からの素地鉄の溶出によって支配されることがわかっています。よって、ぶりき缶の寿命向上には、このようなピンホール部、すなわち鉄露出部の低減が耐食性向上にとって重要であり、化成皮膜によるカバーリングが必要となっています。
　これまで皮膜化成処理剤は、クロメート処理とリン酸スズ処理が実用化されていますが、環境上の問題により、徐々にリン酸スズ処理に移行しつつあります。
　リン酸スズ処理の加工液はリン酸と酸化剤を主成分としています。処理後の表面は、X線光電子分光分析により、スズ-リン-酸素の元素組成からなる暑さ2～3nm程度の皮膜がほぼ全面にわたり覆っているものと考えられています。
　また、最近では加工液にキレート剤を添加することにより、スズのエッチングを促進し、効率的に化成皮膜をピンホール部に析出させ、皮膜化成処理後の鉄露出度を低減する技術が確立されています。なおこの技術は、特に鉄の露出が多いぶりきD&I缶にて起用されています。

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